軸承套圈加工技術水平分析及解決方案

人氣：55發(fā)表時間：2018-03-17【大中小】

作為整個工業(yè)基礎的機械制造業(yè)，正在朝著高精度、高效率、智能化和柔性化的方向發(fā)展。磨削、超精研加工（簡稱“磨超加工”）往往是機械產(chǎn)品的終極加工環(huán)節(jié)，其機械加工的好壞直接影響到產(chǎn)品的質量和性能。作為機械工業(yè)基礎件之一軸承的生產(chǎn)中，套圈的磨超加工是決定套圈零件乃至整個軸承精度的主要環(huán)節(jié)，其中滾動表面的磨超加工，則又是影響軸承壽命以及軸承減振降噪的主要環(huán)節(jié)。因此，歷來磨超加工都是軸承制造技術領域的關鍵技術和核心技術。

國外軸承工業(yè)，60年代已形成一個穩(wěn)定的套圈磨超加工工藝流程及基本方法，即：雙端面磨削——無心外圓磨削——滾道切入無心磨削——滾道超精研加工。除了結構特殊的軸承，需要附加若干工序外，大量生產(chǎn)的套圈均是按這一流程加工的。幾十年來，工藝流程未出現(xiàn)根本性的變化，但是這并不意味著軸承制造技術沒有發(fā)展。簡要地說，60年代只是建立和發(fā)展“雙端面——無心外圓——切入磨——超精研”這一工藝流程，并相應誕生了成系列的切入無心磨床和超精研機床，零件加工精度達到3～5um，單件加工時間13～18s（中小型尺寸）。70年代則主要是以應用60m/s高速磨削、控制力磨削技術及控制力磨床大量采用，以集成電路為特征的電子控制技術的數(shù)字控制技術被大量采用，從而提高了磨床及工藝的穩(wěn)定性，零件加工精度達到1～3um，零件加工時間10～12s。80年代以來，工藝及設備的加工精度已不是問題，主要發(fā)展方向是在穩(wěn)定質量的前提下，追求更高的效率，{TodayHot}調整更方便以及制造系統(tǒng)的數(shù)控化和自動化。

在軸承生產(chǎn)中，磨削加工勞動量約占總勞動量的60%，所用磨床數(shù)量也占全部金屬切削機床的60%左右，磨削加工的成本占整個軸承成本的15%以上。對于高精度軸承，磨削加工的這些比例更大。另外，磨削加工又是整個加工過程中最復雜，對其了解至今仍是最不充分的一個環(huán)節(jié)。這個復雜性表現(xiàn)在：所要求的性能指標更多、精度更高；加工成形機理更復雜，影響加工精度的因素眾多；加工參數(shù)在線檢測困難。因此，對于軸承生產(chǎn)中關鍵工序之一的磨削加工，如何采用新工藝，新技術，以高精度、高效率、低成本地完成磨削過程，便是磨削加工的主要任務。

高速磨削能實現(xiàn)現(xiàn)代制造技術追求的兩大目標提高產(chǎn)品質量和勞動效率。實踐證明：若將磨削速度由35m/s提高到50～60m/s時，一般生產(chǎn)效率可提高30%～60%，對砂輪的耐用度提高約0.7～1倍，工件表面粗糙度參數(shù)值降低50%左右。

一般磨削速度達到45m/s以上稱為高速磨削。國內(nèi)以我所八十年代研制的ZYS—811全自動軸承內(nèi)圓磨床為代表，率先在國內(nèi)軸承行業(yè)套圈磨削加工中應用高速磨削技術，配套成功研制了高剛度、高轉速、大功率電主軸及高速砂輪。而國內(nèi)外高速磨削早已廣泛應用，并隨著廣泛采用高磨削比,高耐用度的超硬磨料如CBN，砂輪磨削速度已達80～120m/s，甚至更高。如：德國Mikrosa、日本KOYO公司的無心磨床，日本TOYO公司的軸承內(nèi)圓磨床等，外表面磨削砂輪線速度達120m/s，內(nèi)表面磨削線速度達60m/s～80m/s。

增大砂輪驅動（傳動）系統(tǒng)的功率和提高機床的剛性，是實現(xiàn)高速磨削一條重要措施，而其中高速主軸單元是高速磨床最為關鍵的部件。在高速磨削中，砂輪除應具有足夠的強度外，還需要保證具有良好的磨削性能，才能獲得高磨效果。另外，冷卻裝置也是實現(xiàn)高速磨削不可缺少的裝置之一。

立方氮化硼磨料簡稱CBN磨料，由其制造的砂輪稱為CBN砂輪，其主要具有下列特征： ⑴ 硬度高，導熱率高，熱穩(wěn)定性好，可承受1300～1500℃高溫。 ⑵ 耐用性高，磨耗小，磨削比可達4000～10000（磨削比是指磨削過程去除工件材料量與砂輪磨損量的比值）而普通剛玉砂輪僅為50～80。 ⑶ 磨削力小，磨削熱小，加工工件應力小，表層應力薄或沒有。⑷ 輔助時間（修整砂輪、更換砂輪）大大減少。

對我國軸承行業(yè)來說，利用CBN進行套圈磨削加工是種新的加工技術，應用前景非常廣闊，但需要研究解決下列技術：CBN砂輪的制造技術、修整技術、專用軸承磨床和磨削冷卻液等。

由于CBN砂輪具有良好的加工特點，利用CBN砂輪進行軸承套圈磨削國外早已進行了研制并應用于生產(chǎn)中，并稱其為“生產(chǎn)加工技術的一場大革命”。從1982年以來，CBN砂輪在日本已大批應用，并且高速增長。

對于外表面磨削，由于砂輪較大并且為非均質組織體，砂輪系統(tǒng)重心總是偏離主軸中心，高速旋轉時必然引起砂輪系統(tǒng)及其整個機床的振動，直接影響機床的使用壽命。在此情況下，磨削加工將難以達到高精度，易導致工件表面產(chǎn)生磨削振紋，波紋度增大。

機床砂輪上直接安裝上機械的或其他方式的自動動平衡裝置，開機后快速直接逼近最平衡位置，自動平衡較為完善且還可省略砂輪靜平衡。該項技術的突破推動了磨削技術的發(fā)展，同時能夠極大限度地延長砂輪、修整用金剛石及主軸軸承壽命，減小機床振動，長期保持機床的原有精度。

在所有軸承磨加工設備中，內(nèi)表面磨床的水平具有象征的意義。這主要是磨削孔徑限制了砂輪尺寸及相應的系統(tǒng)機構集合參數(shù)，從根本上限制了工藝系統(tǒng)的剛性，同時其加工精度要求較高。這些都要求我們必須對內(nèi)表面磨削的工藝過程進入深入的研究，除了最大限制地發(fā)揮機床與砂輪的切削能力外，減小輔助磨削時間是提高磨削效率的關鍵，因為磨削空程占整個磨削時間的10%左右。

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